Visual Basic.NET实现双检锁(DCL)模式(三)

到此为止,线程A和线程B得到了同一个Product对象。可以看到,在上面的方法GetInstance ()中,同步化仅用来避免多个线程同时初始化这个类,而不是同时调用这个静态工厂方法。如果这是正确的,那么使用这一个模式之后,"懒汉式"工厂类就可以摆脱掉同步化瓶颈,达到一个完美的境界。这就是DCL模式。

  读到这里,读者可以看看能不能回答本文后面的问答题4、5和6。关于DCL模式的讨论

  第一次接触到这个技巧的读者必定会有很多问题,诸如第一次检查或者第二次检查可不可以省掉等等。回答是,按照多线程的原理和DCL模式的预想方案,它们是不可以省掉的。

  首先,如果省略了第一次检查,那么工厂方法就变成下面这样:

Public Shared Function GetInstance() As Product
 Thread.Sleep(10)
 '位置1
 '位置2
 m.WaitOne()
 '位置3
 If (instance Is Nothing) Then '位置4
  instance = New Product()
 End If
 m.ReleaseMutex()

 Return instance
End Function

代码清单7、省略了第一重检查的线程安全的工厂方法

  这就造成不论产品实例是否存在都会在位置2等待的情况,也就是等于没有优化前的线程安全的工厂方法(参见代码清单5),虽然并没有错误地产生多于一个的产品对象,但也没有达到优化的目的。

  其次,如果省略了第二重检查的话,工厂方法模式就会变成下面这样:

If (instance Is Nothing) Then '位置1
 '位置2
 m.WaitOne()
 '位置3
 instance = New Product()
 m.ReleaseMutex()
End If
Return instance

代码清单8、省略了第二重检查的线程安全的工厂方法

  这是否可以呢?同样假设线程A和B作为第一批调用者同时或几乎同时调用静态工厂方法。

  1. 因为线程A和B是第一批调用者,因此当它们进入此静态工厂方法时,instance变量是Nothing。因此线程A和B会同时或几乎同时到达位置1。

  2. 假设线程A会首先到达位置2,并进入m.WaitOne()而到达位置3。这时,由于m.WaitOne()的同步化限制,线程B无法到达位置3,而只能在位置2等候。

  3. 线程A执行instance = New Product()语句,使得instance变量得到一个值,即对一个Product对象的引用。此时,线程B只能继续在位置2等候。

  4. 线程A退出m.WaitOne(),返回instance对象,退出静态工厂方法。

  5. 线程B进入m.WaitOne()块,达到位置3,线程B执行instance = New Product()语句,使得instance变量得到一个新值,B退出静态工厂方法。

  因此线程A和B创建了两个产品类的实例。换言之,没有第二重检查是不可以的。

  DCL模式在Singleton模式中的应用

  Singleton模式描述的是只有一个实例的类,这个类叫做Singleton类。Singleton类自己向外界提供自己的唯一实例。一般情况下,Singleton模式多使用在多线程环境中,这使得线程同步化变得非常重要。

  根据Singleton类的实例创建方式的不同,Singleton模式的实现可以分成两种:"饿汉式"和"懒汉式"。"懒汉式"Singleton模式会在工厂方法被调用的时候判断是否需要创建产品的实例:如果实例已经存在了,就直接返还这个实例,反之就首先创建一个实例,再存储起来,然后返还这个实例。

  熟悉Singleton模式的读者应该可以注意到,DCL模式可以使用到"懒汉式"的Singleton模式中。实际上,Singleton类就是DCL模式的特殊情况,只要把工厂类与产品类合并就可以得到Singleton类。请参见下面的UML类图。


下面就是这个Singleton类的源代码:

Public Class Singleton
Private Shared instance As Singleton
Private Shared m As Mutex = New Mutex()

Public Sub New()
System.Console.WriteLine("Singleton object is created.")
End Sub

Public Shared Function GetInstance() As Singleton
Thread.Sleep(10)
If instance Is Nothing Then
m.WaitOne()
If instance Is Nothing Then
instance = New Singleton()
End If
m.ReleaseMutex()
End If
Return instance
End Function
End Class

代码清单9、二重检查的线程安全的Singleton类DCL模式的推广

  上面所介绍的DCL模式的实现都是基于一个最为简单的逻辑,也就是单实例逻辑。这一逻辑还可以进一步推广成为更为一般的循环逻辑。

  比如工厂对象可以控制产品类实例的数目有一个上限,这个上限为1时,就成为单实例逻辑;大于1时,就成为多实例逻辑。

  如果产品对象是有状态的,工厂对象虽然不控制产品类实例的数目,但是却根据产品对象的状态循环使用产品类实例,比如对应每一种状态的产品类实例最多只允许一个(或N个),等等。

  问答题

  第1题、使用Mutex改写代码清单5。
  第2题、使用Monitor改写代码清单5。
  第3题、使用SyncLock改写代码清单5。
  第4题、使用Monitor改写代码清单6。
  第5题、使用SyncLock改写代码清单6。
  第6题、使用Monitor改写代码清单9。
  第7题、使用SyncLock改写代码清单9。